动态超高压微射流法提取黑木耳多糖工艺研究

秦令祥，周婧琦，崔胜文，罗双群，高愿军

（1.漯河食品职业学院，河南漯河462300；2.漯河中德双成功能食品研究院有限公司，河南漯河462300；3.河南夕阳蓝食品科技有限公司，河南漯河462300）

黑木耳（Auricularia auricular）又称木耳、木菌，属真菌门担子菌纲木耳科真菌，性平、味甘，是我国珍贵的食用菌，可入药。李时珍《本草纲目》记载黑木耳有“益气不饥、轻身强志、断谷治痔”[1]，被称为“菌中之冠”、“素中之荤”、“中餐中的黑色瑰宝”。黑木耳多糖是黑木耳中的一种重要功能成分，研究表明黑木耳多糖具有提高免疫力[2-3]、抗肿瘤[4]、抗氧化[5]、降血脂[6]、降血糖[7]、抗衰老[8]、抗突变[9]、抗炎[10]、抗菌[11]等功效，具有重要的研究价值和市场前景。

目前，黑木耳多糖的提取方法主要有热水法、酶解提取法[12]、微波辅助提取法和超声波辅助提取法[13]等，这些方法都或多或少的存在着提取时间长、提取率低、能耗大等缺点。其中，热水浸提法的多糖得率为8.41%，微波辅助法提取黑木耳多糖的得率为14.08%，超声波辅助提取黑木耳多糖的得率为15.22%[14]。动态超高压微射流技术[14]是近年来发展起来的一种新的物理提取技术，其原理是通过强烈的剪切力、高速撞击力及高频振荡作用，促使细胞破碎，有效成分溶出，使其在相对较低的压力条件下达到超高压的作用效果[15]。此技术具有时间短、能耗低、提取率高、安全环保等优点，目前此提取方法在黑木耳多糖提取中还未见报道。因此，本文采用动态超高压微射流技术对黑木耳多糖进行提取，并对其提取工艺进行正交优化，以期为黑木耳多糖的提取提供一种新的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑木耳：新玛特超市；葡萄糖、苯酚、硫酸、无水乙醇（均为分析纯）：成都科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

Microfuidizer 微射流均质机：美国Microfuidics 公司；GYB40-10S 小型均质机：上海东华高压均质机厂；UV-2450 岛津紫外可见分光光度计：岛津企业管理（中国）有限公司；TDL-50B 台式低速离心机：上海安亭科学仪器厂；HH-M4 数显恒温水浴锅：上海赫田科学仪器有限公司；BSA124S 电子分析天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；WN-20 万能粉碎机：广州旭朗机械设备有限公司；FRE-52A 旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；DZF-6090 真空干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 动态超高压微射流技术提取黑木耳多糖

称取10 g 经预先机械粉碎的黑木耳粉，加入一定比例的蒸馏水，经30 MPa 高压均质5 min 后，在预设压力及次数条件下，过微射流均质机，然后进行热水浸提（一定的提取温度和提取时间），提取后料液经离心（5 000 r/min，10 min），取上清液减压浓缩，然后加入3 倍体积95%的乙醇溶液，搅拌后放入冰箱中4 ℃静置 24 h，取出再经离心（5 000 r/min，10 min），取沉淀经真空干燥得到黑木耳多糖。

1.3.2 黑木耳多糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法测定黑木耳多糖的含量[16]。

1.3.3 黑木耳多糖得率的计算

黑木耳多糖得率根据下列公式计算。

式中：c 为由标准曲线算得的多糖质量浓度，mg/mL；V 为定容体积，mL；N 为稀释倍数；m 为黑木耳干粉质量，g。

1.3.4 单因素试验设计

本试验根据预试验结果，对影响多糖得率的料液比、微射流压力、提取温度和提取时间4 个因素进行单因素试验，每次精确称取10 g 黑木耳粉样品5 份，分别按料液比 1 ∶10、1 ∶20、1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50（g/mL），微射流压力 80、100、120、140、160 MPa，提取温度 50、60、70、80、90 ℃，提取时间 0.5、1、1.5、2、2.5 h，按 1.3.1的方法进行动态超高压微射流技术提取黑木耳多糖，在固定其中3 个因素水平的条件下，对剩余1 个因素进行5 个水平的试验，以多糖得率为指标进行单因素试验，然后测定并计算其得率。

1.3.5 正交试验设计

在单因素试验的基础上，选取料液比、微射流压力、提取温度、提取时间这4 个因素，采用L9（34）正交试验对黑木耳多糖的动态超高压微射流提取工艺进行优化。试验水平设计见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factor levels table of orthogonal experimental design

1.4 数据处理方法

试验重复3 次，结果为3 次平均值。正交试验数据采用正交设计助手II V3.1 专业版进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 黑木耳多糖提取单因素试验

2.1.1 不同微射流压力对黑木耳多糖得率的影响

不同微射流压力对黑木耳多糖得率的影响如图1所示。

由图1 可知，在80 MPa～140 MPa 范围内，随着微射流压力的增加多糖得率明显升高，在140 MPa 以后，继续增加压力，得率趋于平缓。这是因为微射流压力增加，促使均质时黑木耳粉的粒度越细，黑木耳细胞破碎的程度越高，多糖越易于扩散和溶出，促使得率升高；当压力超过140 MPa 后，黑木耳粉颗粒已被充分破碎，再增加均质压力，多糖溶出不会明显增多。故选择微射流压力140 MPa 为宜。

图1 不同微射流压力对得率的影响Fig.1 Effect of microfluidization pressure on the extraction rate

2.1.2 不同料液比对黑木耳多糖得率的影响

不同料液比对黑木耳多糖得率的影响如图2所示。

由图2 可知，当料液比小于 1 ∶40（g/mL）时，多糖得率随着溶剂量的增加而升高，当料液比大于1 ∶40（g/mL）时，多糖的得率呈略微下降的趋势。这是因为溶剂量过少，不利于黑木耳粉颗粒的分散，并且黑木耳溶液浓度过高易使微射流均质机堵塞，得率降低；溶剂量增加，有利于黑木耳粉颗粒的分散，利于多糖的扩散和溶出，得率提高；但料液比达到1 ∶40（g/mL）后，多糖基本溶出完全，并且料液比过高使浓缩时间过长，多糖的结构易遭到破坏，导致得率有所降低。故选择料液比1 ∶40（g/mL）为宜。

图2 不同料液比对得率的影响Fig.2 Effect of solid-liquid ration on the extraction rate

2.1.3 不同提取温度对黑木耳多糖得率的影响

不同提取温度对黑木耳多糖得率的影响如图3所示。

图3 不同提取温度对得率的影响Fig.3 Effect of extraction temperatrue on the extraction rate

由图3 可知，提取温度低于80 ℃时，随着温度的升高，多糖得率不断提高，当提取温度高于80 ℃后，再升高温度，得率也不会明显提高而基本保持不变。这是因为温度升高，多糖的溶解度升高，多糖的扩散和溶出增多，得率提高；当温度超过80 ℃后，多糖溶解度基本不变，导致得率也基本不变。故选择提取温度80 ℃为宜。

2.1.4 不同提取时间对黑木耳多糖得率的影响

不同提取时间对黑木耳多糖得率的影响如图4所示。

图4 不同提取时间对得率的影响Fig.4 Effect of extraction time on the extraction rate

由图4 可知，多糖得率随着提取时间的增加而不断提高并趋于平缓，当提取时间超过2 h 后，多糖提取率变化不明显并趋于平缓。这是因为提取时间增加，多糖溶出的量增加，得率提高，当提取时间超过2 h后，多糖溶出已基本完全，再增加提取时间，多糖的溶出也不会明显增加而趋于平缓。故选择提取时间2 h为宜。

2.2 动态超高压微射流技术提取黑木耳多糖工艺条件的优化研究

正交试验设计及结果如表2 所示。

表2 正交试验设计及结果Table 2 The result of orthogonal experimental design

续表2 正交试验设计及结果Continue table 2 The result of orthogonal experimental design

由表2 正交试验分析结果可知，各因素对黑木耳多糖得率的影响程度为：D＞A＞B＞C，最优组合为D2A2B2C3。

方差分析结果如表3 所示。

表3 方差分析结果Table 3 The variance analysis results

由表3 分析可知，在显著水平P=0.05 时，提取时间和料液比对黑木耳多糖得率的影响较大，达到了显著水平，其他因素的影响不显著，经对R 值的分析，动态超高压微射流技术提取黑木耳多糖的最佳工艺条件为：D2A2B2C3，即提取时间 2 h，料液比 1 ∶40（g/mL），微射流压力140 MPa，提取温度90 ℃。对通过正交试验得出的最佳工艺条件进行最优化验证试验，3 次平行试验的黑木耳多糖提取率平均值为22.13%。高于热水浸提法、微波辅助提取法和超声波辅助提取法。

3 结论

本试验采用动态超高压微射流技术提取黑木耳多糖，并对其工艺进行优化，得到最佳工艺条件为：提取时间 2 h，料液比 1 ∶40（g/mL），微射流压力 140 MPa，提取温度90 ℃。在此工艺条件下，黑木耳多糖的得率为22.13%。本试验为黑木耳多糖的提取提供一种新的提取方法。